第五节食品的生物保藏技术ppt课件.ppt

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1、第五节 食品的生物保藏技术,一、生物保藏技术的概念 生物保藏技术是将某些具有抑菌或杀菌活性的天然物质配制成适当浓度的溶液，通过浸渍、喷淋或涂抹等方式应用于食品中，进而达到防腐保鲜的效果。机理包括抑制或杀灭食品中的微生物、隔离食品与空气的接触、延缓氧化作用、调节贮藏环境的气体组成以及相对湿度等。,二、涂膜保鲜技术 涂膜保鲜技术是在食品表面人工涂上一层特殊的薄膜使食品保鲜的方法。 1、涂膜保鲜的发展历史 早在1213世纪，我国就用蜂蜡来装桔子和柠檬，16世纪开始用脂类涂膜保鲜水果。 19世纪，Harvard和Harmony提出用明胶涂层保护肉制品及其它食品。 90年代，无污染易降解的可食用膜的应用

2、越来越受到人们的关注。 目前，涂膜保鲜技术不仅广泛应用于果蔬类保鲜，而且在肉类、水产品等食品中的应用也日益增加。,2、涂膜保鲜的机理 形成有一定阻隔性的膜，阻止果蔬失水。 果蔬的呼吸作用使膜内O2浓度下降，CO2浓度上升。当膜内O2和 CO2浓度符合果蔬贮藏的适宜气体条件，可起到自发气调作用，抑制果蔬呼吸延缓衰老。,涂膜对气体的通透性是影响涂膜保鲜效果的主要因素之一。涂膜对气体的通透性可用膜对气体的分离因子（）来表示：一般地，含有羟基的分子所形成的涂膜，其 （CO2/O2）1，对果蔬保鲜的效果较好。对于(CO2/O2）1的涂膜，其适宜保鲜的果蔬种类依其分离因子不同而异 。,3、涂膜保鲜的特点发

3、挥气调作用 保水防蔫，改善食品的外观品质，提高食品的商品价值具有一定的抑菌性能够在一定程度上减轻表皮的机械损伤可发挥保鲜增效作用,4、涂膜的种类、特性及其保鲜效果 理想的涂膜剂有以下要求：有一定的粘度，易于成膜形成的膜均匀、连续，具有良好的保质保鲜作用，并能提高果蔬的外观水平无毒、无异味，与食品接触不产生对人体有害的物质,（1）多糖类 壳聚糖类 甲壳素的脱乙酰产物，属氨基多糖，有良好的成膜性、通透性、保湿性和广谱抗菌性，不溶于水，溶于稀酸。,影响壳聚糖涂膜保鲜效果的因素有： 酸：酒石酸和柠檬酸的效果较好表面活性剂：可改善其黏附性脱乙酰度 ：脱乙酰度越高，膜抗拉强度越高，通透性越差增塑剂种类和浓

4、度 ：浓度的增加，透氧性明显上升 ，对膜的透湿 性无显著影响 分子量 ：相对分子质量为20万和1万左右防腐效果最好 衍生化反应：N,O-羧甲基壳聚糖所形成的膜对气体具有选择通透性，特 别适合于果蔬保鲜 金属离子 ：保鲜效果优于无金属离子的壳聚糖膜, 纤维素类 羧甲基纤维素（CMC）、甲基纤维素（MC）、羧丙基甲基纤维素（HPMC）、羧丙基纤维素（HPC）均溶于水并具有良好的成膜性。 纤维素类膜透湿性强，常与脂类复合以改善其性能。 制MC膜时，溶剂种类和MC的分子量对膜的阻氧性影响很大。 环境的相对湿度对纤维素膜透氧性也有很大的影响，当环境湿度升高时，纤维素膜的透氧性急速上升 。, 淀粉类 直链

5、淀粉含量高的淀粉所成膜呈透明状 可食膜成分中脂类和增塑剂对膜的透过性有显著影响 淀粉经改性生成的羟丙基淀粉所成膜阻氧性非常强，但阻湿性极低, 魔芋葡甘聚糖 所成膜在冷热水及酸碱中均稳定。 膜的透水性受添加亲水物质或疏水物质的影响，添加亲水性物质，则透水性增强，添加疏水性物质，则透水性减弱。 改性后魔芋精粉的保鲜效果将得到明显改善。, 褐藻酸钠类 具有良好的成膜性，但阻湿性有限； 膜厚度对抗拉强度影响不大，但透湿性随着膜厚度的增加而减小； 交联膜的性质明显优于非交联膜，环氧丙烷和钙双重交联膜的性能最好 ； 环境湿度高于95%时，仍能显著地阻止果蔬失水； 脂质可显著降低褐藻酸钠膜的透水性 。, 微

6、生物多糖类 A. 茁霉多糖 具有良好的成膜性，是理想的果蔬保鲜剂； 不同分子量的茁霉多糖都有较好的保水作用，尤其以高分子量的茁霉多糖效果更好； 茁霉多糖不具有杀菌、抑菌作用，但同杀虫剂共用具有良好的杀菌、防病毒侵染和防腐防病作用 。,B. NPS多糖 用半野生植物为原料 ,经科学加工制成的一种天然多糖类物质，pH微酸性，无毒可食，有营养，速溶于水，最大吸水量可达原重的100倍以上，吸涨后的体积相当于原体积的1000倍以上。NPS多糖具有两性物质的特点并具极好的成膜性。 在果蔬表面成膜后无色、无味，肉眼很难看出，光泽性明显增强，有打蜡的效果，是一种很好的果蔬涂膜保鲜剂。,（2）蛋白质类小麦面筋蛋

7、白 小麦面筋蛋白膜柔韧、牢固，阻氧性好，但阻水性和透光性差； 当小麦面筋蛋白膜中脂类含量为干物质含量的20%时，透水率显著下降； 小麦面筋蛋白制膜液的pH值应控制在5 。大豆分离蛋白 大豆分离蛋白制膜液的pH值应控制在8； 大豆分离蛋白膜的透氧率低、透水率高，因而常与糖类、脂类复合后使用。 玉米醇溶蛋白 所形成的膜具有良好的阻氧性和阻湿性 。,（3）脂质类 蜡类 成膜性好，对水分有较好的阻隔性。其中石蜡最为有效，蜂蜡其次； 已商业化生产的蜡类涂膜剂有中国林业科学研究院林产化学工业研究所的紫胶涂料、中国农业科学院的京2B系列膜剂、北京化工研究所的CFW果蜡。, 天然树脂 醇溶性虫胶成膜性好、干燥

8、快、有光泽、在空气中稳定、不溶于水、溶于乙醇和碱性溶液，适合作为涂膜保鲜剂使用； 我国云南玉溪产的虫胶品质好，杂质少，易溶解，成膜后光泽自然。, 油脂 油脂具有油腻性，主要成分是脂肪酸的甘油酯，不溶于水； 借助乳化剂和机械力作用，将互不相溶的油和水制成乳状液体制剂，涂覆果实，可以达到长期保鲜的目的。,（4）复合膜类 复合膜是由多糖类、蛋白质类、脂质类中的两种或两种以上物质经一定处理而成的涂膜； 由HPMC与棕榈酸和硬脂酸组成的双层膜，透湿性比HPMC膜减少约90%； 由多糖与蛋白质组成的复合天然植物保鲜剂膜具有良好的保鲜效果。, TAL Pro-long（英国）： 由蔗糖脂肪酸酯、CMC-Na

9、和甘油一酯或甘油二酯组成。Superfresh是其改进型，含60%的蔗糖酯、26%的CMC-Na、14%的双乙酰脂肪酸单酯。 OED（日本）： 由10份蜂蜡、2份朊酪、1份蔗糖酯组成。,涂膜保鲜时必须注意以下几方面的问题：研制出不同特性的膜以适用于不同品种食品的需求；准确测量膜的气体渗透特性；准确测量目标果蔬的果皮与果肉的气体及水分扩散特性；分析待贮果蔬内部气体组分；根据果蔬的品质变化，对涂膜的性质进行适当调整，以达到最佳保鲜效果。,5、涂膜保鲜的方法（1）浸涂法 将涂料配成适当浓度的溶液，将果实浸入，蘸上一层薄薄的涂料后，取出晾干即成。（2）刷涂法 用软毛刷蘸上涂料液，在果实上辗转涂刷，使果

10、皮上涂一层薄薄的涂膜料。（3）喷涂法 用机器在果实表面喷上一层均匀而极薄的涂料。,目前普遍用涂膜机（打蜡机）涂膜，涂膜机由清洗、擦吸干燥、喷涂、低温干燥、分级和包装等部分联合组成。,三、生物保鲜剂保鲜技术 生物保鲜剂保鲜是通过浸渍、喷淋或混合等方式，将生物保鲜剂与食品充分接触，从而使食品保鲜的方法。 生物保鲜剂也称作天然保鲜剂，是直接来源于生物体自身组成成分或其代谢产物，不仅具有良好的抑菌作用，而且一般都可被生物降解，具有无味、无毒、安全等特点。,1、植物源生物保鲜剂 许多植物中都存在抗菌物质，主要是醛类、酮类、酚类、酯类物质。（1）茶多酚 能抑制G+菌和G-菌，属于广谱性的抗菌剂； 最小抑菌

11、浓度随菌种不同而差异较大，大多在50500mg/kg之间，符合食品添加剂用量的一般要求 。,（2）大蒜提取物 大蒜辣素和大蒜新素是大蒜中的主要抗菌成份。 大蒜辣素的抗菌机理：分子中的氧原子与细菌中半胱氨结合使之不能转变为胱氨酸，从而影响细菌体内的氧化还原反应的进行。 大蒜对多种球菌、霉菌有明显的抑制和杀菌作用，是目前发现的具有抗真菌作用植物中效力最强的一种。,茶多酚,2、动物源生物保鲜剂 （1）鱼精蛋白（protamine） 鱼精蛋白是一种特殊的抗菌肽，是存在于许多鱼类中的成熟精细胞中的一种球形碱性蛋白。相对分子质量较小，大约为400010000，由30个左右的氨基酸组成，精氨酸占其氨基酸组成

12、的2/3以上，加热不凝固，等电点在1012之间，带正电荷 。, 抑菌机理 A、鱼精蛋白作用于微生物细胞壁，破坏了细胞壁的合成以达到其抑菌效果。 B、鱼精蛋白作用于微生物细胞质膜，通过破坏细胞对营养物质的吸收来起抑菌作用。, 制备方法 鱼精置于稀硫酸溶液中，抽取出鱼精蛋白和混杂蛋白，然后在抽出液中加入有机溶剂沉淀，将沉淀溶于温水中，再冷却即析出鱼精蛋白。或用聚膦酸盐使硫酸或盐酸抽出液中的鱼精蛋白以磷酸盐形式沉淀出来，然后将沉淀溶解在高浓度的硫酸铵中，分解为精蛋白硫酸盐。 纯化方法一般采用葡聚糖凝胶柱色谱法。, 影响鱼精蛋白抗菌活性的因素A、菌种及其生长状况 鱼精蛋白的抑菌性因其来源不同而存在差异

13、； 革兰阳性菌的发育受到了明显的抑制，而革兰阴性菌几乎不受影响； 鱼精蛋白对新鲜鱼贝类和肉食品中所含的多数细菌起不到抑制作用。,鱼精蛋白对经过热处理后的食品具有较好的保存效果； 鱼精蛋白的最小抑菌浓度因菌种不同而异； 对于同一种菌类来说，微生物所处的新陈代谢状况也会影响鱼精蛋白的效果。,B、食品的pH 鱼精蛋白在pH6.0以上时具有明显的抗菌活性。 C、所含盐类及其浓度 食品中各种盐类浓度的提高，鱼精蛋白的抑菌性会相应降低。同等浓度条件下二价盐类比一价盐类对细菌的保护作用更好。D、环境温度 大多数食品加工时采用的温度对鱼精蛋白的抑菌作用影响不大 。, 在食品中应用需注意的问题 应用中一般将鱼精

14、蛋白与其它防腐剂或保鲜方法结合使用； 鱼精蛋白与甘氨酸、醋酸钠、乙醇、单甘油酯混合使用时，抗菌作用有相乘的效果； 使用大豆卵磷脂等乳化剂与鱼精蛋白复配，可解决鱼精蛋白在食品介质中溶解性的问题。, 鱼精蛋白的安全性 鱼精蛋白是一种对人体无害的、高度安全的、具有很高营养性和功能性的新型食品防腐剂； 除鱼精蛋白以外，昆虫抗菌肽、防卫肽以及海洋生物抗菌肽等也是常见的生物保鲜剂。,（2）溶菌酶（lysozyme） 溶菌酶，又称细胞壁溶解酶，是一种专门作用于微生物细胞壁的水解酶。 溶菌酶的种类 A、鸡蛋清溶菌酶 相对分子质量为14307，等电点为11.1，最适溶菌温度为50，最适pH为7.0，一级结构由1

15、29个氨基酸组成，其高级结构的稳定性由4个二硫键、氢键和疏水键来维持 。,B、人和哺乳动物溶菌酶 人和哺乳动物溶菌酶由 130个氨基酸组成； 一级结构中的氨基酸排列顺序与鸡蛋清溶菌酶的差异较大； 高级结构也存在四个二硫键； 人溶菌酶的溶菌活性比鸡蛋清溶菌酶高3倍。 C、植物溶菌酶 植物溶菌酶对小球菌的溶菌活性较鸡蛋清溶菌酶低，但对胶状甲壳质的分解活性则为鸡蛋清溶菌酶的10倍左右。,D、微生物溶菌酶内-N-乙酰己糖胺酶：作用是分解构成细菌细胞壁骨架的多糖；酰胺酶：其作用是切断连接多糖和氨基酸之间的酰胺键；内-肽酶和蛋白酶：作用与酰胺酶相似；-1，3葡聚糖酶、-1，6-葡聚糖酶、甘露糖酶：其作用是

16、分解细胞壁；磷酸甘露糖酶：与-1，3葡聚糖酶、-1，6-葡聚糖酶和甘露糖酶共同作用，分解细胞原生质；壳多糖酶：与葡聚糖酶共同作用，分解霉菌和酵母菌；脱乙酰壳多糖酶：主要作用是分解毛霉和根霉。, 溶菌酶提取分离的方法 原料一般都用蛋清或蛋壳； 提取分离的方法有亲和色谱法、离子交换法、沉淀法、沉淀与凝胶色谱结合法等。 溶菌酶的作用机理 溶菌酶能选择性地分解微生物细胞壁，主要是分解细胞壁中的肽聚糖。,溶菌酶水解球菌细胞壁的作用点是N-乙酰胞壁酸（NAM）与N-乙酰葡萄糖胺（NAG）之间的-1，4糖苷键断开； 经过溶菌酶作用后，微生物细胞因为渗透压受到破 坏而引起平衡破裂，从而使得微生物细胞的内溶物渗

17、出导致细胞死亡 。,一般地，溶菌酶对G+菌均有较强的分解作用，而对G-菌无分解作用； 溶菌酶的最适小分子底物为NAM-NAG交替组成的六糖； 在溶菌酶分子中存在一个狭长的凹穴 ，在凹穴中的Glu35与Asp52构成了活性中心，它们在水解糖苷键时起协同作用。, 溶菌酶在食品中的应用奶粉：有利于婴儿肠道菌群的正常化； 奶酪：防止中后期奶酪的后期起泡、风味变差，具有抑菌作用，不至引起酪酸发酵；日本清酒 ：代替水杨酸用于防腐，加入量为l5mg/kg。,肉制品 、水果、水产品、面制品：防腐保鲜； 酵母：经溶菌酶处理后，在培养过程中氮核蛋白质的释放量增加，提高了酵母蛋白利用率； 壳聚糖：降解为低分子量；

18、单独使用溶菌酶作为防腐保鲜剂使用有一定的局限性，需要添加其他的成分来促进防腐效果。在实际应用时，常与甘氨酸联用。,3、微生物源生物保鲜剂 乳酸链球菌素（Nisin）又叫乳链菌肽、乳球菌肽，是某些乳酸乳球菌在代谢过程中合成和分泌的具有很强杀菌作用的小分子肽。 Nisin的分子结构 Nisin是一种含有34个氨基酸的多肽，N端为异亮氨酸，C末端为赖氨酸，分子质量为3510Da。, 单体中含有5种异常氨基酸： 氨基丁酸（ABA）、脱氢丙氨酸（DHA）、-甲基脱氢丙氨酸（DHB）、羊毛硫氨酸（ALA-S-ALA）、-甲基羊毛硫氨酸（ALA-S-ABA），通过硫醚键形成5个环。,Nisin活性分子常为二

19、聚体或四聚体。二聚体分子量为7000，四聚体分子量为14000； 已发现了6种类型的Nisin，分别是A、B、C、D、E和Z； 天然状态下的Nisin主要有NisinA和NisinZ两种形式。它们之间的差别在于第27位的氨基酸不同，NisinA为组氨酸，NisinZ为天冬氨酸。, Nisin的溶解性与稳定性 Nisin的溶解度主要取决于溶液的pH值，在pH值较低的情况下，溶解性较好。在中性和碱性条件下几乎不溶解； Nisin的稳定性主要取决于温度、pH值、基质等因素。, Nisin的抑菌机理 A、在一定的膜电位下，疏水性的、带正电荷的Nisin可吸附于敏感菌的细胞膜上，并通过其C末端的作用侵入

20、膜内而形成通道； B、Nisin属于孔道形成蛋白，由于其分子特殊的三级结构，可允许分子质量小于0.5 kDa的亲水分子通过，从而导致K+从胞浆中流出，细胞膜去极化及ATP泄漏，细胞外水分子流入，造成细胞内外能差消失，细胞自溶而死亡。,Nisin主要杀灭或抑制G+菌及其芽孢，而对G-菌基本无影响； 对于某些G-菌，如将Nisin与冷冻、加热、调节pH和EDTA处理等结合起来，可以被杀死或被抑制； pH、Mg2+浓度、乳酸浓度、氮源种类等均可影响Nisin对细胞膜的吸附作用，从而影响Nisin的抑菌作用。, Nisin在食品中的应用 乳制品：延长保存期，缩短杀菌时间； 肉类食品：代替部分硝酸盐和亚

21、硝酸盐，抑制肉毒梭状芽孢杆菌产生肉毒素，还可以降低亚硝胺对人体的危害； 啤酒、果酒、烈性乙醇等酒精饮料 ：抑制G+菌。,四、抗冻蛋白保鲜技术 抗冻蛋白（antifreeze protein，AFP）是一类能够抑制冰晶生长，能以非依数形式降低水溶液的冰点，但不影响其熔点的特殊蛋白质。,荧光抗冻蛋白装饰的冰晶体,1、抗冻蛋白的特性（1）热滞活性 抗冻蛋白能特异地吸附于冰晶表面，阻止冰晶生长，非依数性降低溶液冰点，但不影响其熔点，导致熔点与冰点之间出现差异。冰点和熔点的差值称为热滞值，这一现象称为抗冻蛋白的热滞活性（THA）。,影响热滞活性的因素 抗冻蛋白的浓度：越高，热滞活性越大 分子量：高分子量

22、的糖肽比低分子量的糖肽热滞活性更强 小分子量溶质：如柠檬酸盐、甘油和山梨醇能显著阻止冰核的形成，提高抗冻蛋白的热滞活性 来源 ：鱼类的热滞值为0.71.5，植物为0.20.5，昆虫为510,（2）改变冰晶的生长方式 在纯水中，冰晶通常沿着平行于基面的方向（a轴）伸展，而在晶格表面方向（c轴）伸展很少； 抗冻蛋白分子与冰晶表面相互作用导致水分子在晶格表面外层的排列顺序发生改变，冰核会变得沿着c轴以骨针形、纤维状生长，形成对称的双六面体金字塔形冰晶。,（3）抑制冰晶的重结晶 重结晶是指环境温度在冰点以下较高温度波动时，冰晶的大小将发生变化，通常大冰晶越来越大，小冰晶越来越小； 抗冻蛋白可以阻止冰晶

23、的重结晶，所形成的晶粒体积小而且比较均匀，防止组织因冰晶增大而产生机械性损伤。,2、抗冻蛋白的类型及其结构（1）鱼类中的抗冻蛋白及其结构 抗冻糖蛋白（AFGP） 主要由3肽糖单位-Ala-Ala-Thr（双糖基）-以不同重复度串联而成； 分子质量一般在2.634kDa之间； 糖基是抗冻活性形成的主要基团，且活性与分子质量有关，分子质量大，一般活性也高。,型抗冻蛋白（AFP-） 由11个氨基酸串联而成的-螺旋单体结构，富含丙氨酸（占总氨基酸的60%以上），且部分螺旋具有双嗜性； 冬鲽产生的AFP-包括两种亚型，即肝脏型和皮肤型，皮肤型的活性是肝脏型的1/2。,型抗冻蛋白（AFP-） 与C型凝集素

24、同源 ，有2个-螺旋、2个-折叠和大量无规则结构； 日本胡瓜鱼中的AFP-的N端的氨基酸序列与鲱鱼有75%的同源性且核苷酸顺序85%相同，分子质量为16.7kDa，结构上含有至少一个Ca2+结合结构域，但去除Ca2+并未使它的活性完全丧失。,胡瓜鱼, 型抗冻蛋白（AFP-） 主要存在于绵鳚亚科鱼类中，是一种7kDa的球状蛋白 二级结构主要由9个-折叠组成 三级结构由3个-折叠反向排列成川字形，两个川字形结构互相垂直排列成三级结构的主体部分，其余-折叠则处于连接位置上, 型抗冻蛋白（AFP-） 存在于多棘床杜父鱼 108个氨基酸残基，其中Glu的含量高达17% 和膜载脂蛋白具有22%的同源性 有

25、较高的-螺旋结构，其中4个-螺旋反向平行排列，疏水基团向内，亲水基团向外,杜父鱼, Hyperactive-AFP 从冬鲽中分离出； 分子量大于来源于同一生物中的AFP-，活性远远高于后者。,（2）昆虫中的抗冻蛋白 昆虫抗冻蛋白结构与鱼类的不同，在沿着抗冻蛋白折叠的一侧有两行苏氨酸残基，能够与冰晶表面的棱柱和基面很好的匹配结合； 含有比鱼类更多的亲水性氨基酸。, 甲虫抗冻蛋白 甲虫抗冻蛋白为8.4 kDa的右手-螺旋，即螺旋本身是-片层结构，每一圈由12个氨基酸组成，共7个螺周； 富含Thr和Cys，8个二硫键分布在螺旋内侧； 热滞活性比鱼的高得多，二聚体的活性更高。,甲虫, 云杉蚜虫抗冻蛋白

26、 分子质量为9.0 kDa左右，呈左手-螺旋，每螺圈呈三角形，包括15个氨基酸残基，Thr-X-Thr模体重复出现在每一螺圈当中，三角形的边是-折叠片层； 热滞活性，为鱼的热滞活性的34倍； 云杉蚜虫抗冻蛋白的同型中有一种分子质量为12kDa的蛋白质的热滞活性比鱼的高出10100倍。, 毛虫抗冻蛋白 DAFP-1和DAFP-2两类研究得较清楚 分子质量约为8.7kDa，分别含83和84个氨基酸残基 组成7个含12个或13个氨基酸残基的重复单元。每1个重复单元中第1个与第7个半胱氨酸都形成二硫键，共8对二硫键,（3）细菌中的抗冻蛋白 6种来源于南极洲的细菌可以产生抗冻蛋白，其中热滞活性最高的一种

27、抗冻蛋白是由82号菌株（Mdraxella sp.）产生的一类脂蛋白，N端氨基酸顺序与该菌的外膜蛋白有很高的相似性。,（4）植物中的抗冻蛋白 冬黑麦中的抗冻蛋白 包括7种类型，分子质量在1136kDa，且具有相似的氨基酸组成，均富含Asp/Asn、 Glu/Gln、Ser、Thr、Gly及Ala，均缺少His，Cys含量达5%以上。, 千年不烂心的冬季枝条中的抗冻糖蛋白 分子质量为67 kDa 富含甘氨酸残基（含量达23.7%） 半乳糖是其抗冻活性的关键组成部分, 沙冬青叶片中的抗冻蛋白 抗冻糖蛋白：分子质量为40kDa，热滞活性为0.9（20mg/mL），与植物凝集素具有同源性； 3种抗冻蛋

28、白：分子质量67kDa，热滞活性0.46（8mg/mL）；分子质量21kDa，热滞活性0.46（8mg/mL)；分子质量39.8kDa，热滞活性0.45（10mg/mL）。, 胡萝卜中的抗冻蛋白 分子质量为36kDa，热滞活性为0.35（1mg/mL) 热滞活性比鱼类型抗冻蛋白的热滞活性高 去掉糖基不影响其抑制重结晶的活性, 桃树树皮中的抗冻蛋白 是一种脱水素蛋白PCA60 由472个氨基酸组成，富含赖氨酸、甘氨酸，分子质量为50kDa 热滞活性为0.06，具有较强的修饰冰晶的能力, 黑麦草中的抗冻蛋白 由118个氨基酸组成，分子质量为11.77kDa，100时仍稳定存在 热滞效应较低，但对冰

29、晶重结晶抑制效应是鱼类型抗冻蛋白的200倍,黑麦草, 珠芽蓼叶片中的抗冻蛋白 热滞活性为0.3（7.8mg/mL） 分子质量在15.272.3kDa范围内的7条多肽，且均为糖蛋白 其中分子质量为72.3kDa的糖蛋白是迄今为止在动植物中得到的分子量最大的抗冻蛋白,珠芽蓼, 沙冬青中的抗冻蛋白 分子质量约为28kDa 热滞活性为0.15 （10mg/mL），能够调节冰晶的生长,沙冬青,植物抗冻蛋白的特点： 结构多样化：没有相似的氨基酸序列和共同的冰晶结合单元； 具有多重功能：具有抗冻活性，又有酶、抗菌、抗虫和抗旱等活性； 热滞活性一般都大大低于鱼类和昆虫抗冻蛋白的热滞活性，但有些植物抗冻蛋白的冰

30、晶重结晶抑制效应明显优于鱼类和昆虫抗冻蛋白； 除低温以外，其他因子如干旱、外源乙烯、脱落酸等也可诱导植物抗冻蛋白的产生。,3、抗冻蛋白的抗冻机制 （1）“偶极子-偶极子”假说模型 抗冻蛋白与冰表面相互作用导致冰晶外层上的水分子排列顺序发生局部改变； 由于水分子和无序冰晶格结合的熵值低于和有序冰晶格结合，冰晶在c轴方向上不受有序晶格外层的影响而进一步增长，导致螺距平行于c轴的双六面体金字塔冰晶的形成。,随着抗冻蛋白浓度的增大，在每个冰晶面螺旋-螺旋偶极子之间的相互作用逐渐变大，导致螺旋轴逐渐与冰晶的c轴平行，改变了冰晶的生长习惯，增大了双六面体冰晶的螺距； 当抗冻蛋白浓度足够高时，所有的螺旋都平

31、行于c轴，冰晶的螺距变得无限大，双金字塔变成针状形，冰晶的生长方向变为平行于c轴方向，导致溶液冰点降低。,（2）氢原子结合模型 抗冻蛋白分子一侧相对疏水，另一侧相对亲水，二维阵列显示亲水一侧与冰相结合，而疏水一侧与水相作用； N末端帽子结构是由8个氢原子（Asp1、Thr2、Ser4、Asp5和两个水分子的氢）组成的有序网； 抗冻蛋白-冰结合面相对扁平和链的刚性是抗冻蛋白-冰结合机制的关键。,（3）刚体能量学说 “抗冻蛋白-冰”和“抗冻蛋白-水”界面之间的表面能存在差异； 当抗冻蛋白分子存在时，由于冰-水表面积缩减，抗冻蛋白就会强烈吸附冰晶。,4、抗冻蛋白的应用 （1）食品加工的原料 在食品加

32、工的原料中导入抗冻蛋白基因，降低了细胞内水分的冰点。（2）在食品运输和贮藏中的应用 抗冻蛋白和抗冻糖蛋白均可抑制冷冻贮藏过程中冰晶的重结晶。,（3）在肉类食品冷藏中的应用 Payne等发现，用抗冻蛋白溶液处理过的肉类冻藏后，冰晶的大小会明显减小； Steven研究表明，屠宰前1h或24h注射抗冻蛋白的羊肉，在-20下贮藏216周，汁液流失和冰晶大小均受到抑制，且屠宰前24h进行注射的羊肉中的冰晶更小。,（4）在冷冻乳制品中的应用 将抗冻蛋白添加到冷冻乳制品中（如冰淇淋）抑制其冰晶重结晶现象以提高冷冻乳制品质量是目前抗冻蛋白在食品中应用最成功的方面。 抗冻蛋白的应用方法：常压浸泡食品材料真空灌注

33、抗冻蛋白。,五、冰核细菌保鲜技术 冰核细菌是一类广泛附生于植物表面尤其是叶表面，能够在 -5 -2范围内诱发植物结冰发生霜冻的微生物，简称INA细菌。,1、冰核基因及冰核蛋白 冰核细菌的显著特征是能产生冰核活性很强的特异性冰蛋白； 冰核是一类能够引起水由液态变为固态的物质，细菌的冰核是一类蛋白质，称为冰蛋白； 各种冰核细菌的冰核活性是由冰核蛋白基因决定的。,冰核细菌的冰核蛋白的一级结构由3个可区分的结构域组成，即C端单一序列结构域、N端单一序列结构域和中部具有高度重复的八肽构成的结构域，分别占基因全序列的4%、15%和81%。 C端单一序列结构域富含酸性和碱性氨基酸残基，属于高度亲水性结构域。

34、,N端单一序列结构域含有疏水性较强的几个片段 冰核蛋白中部重复的八肽由Ala-Gly-Tyr-Gly-Ser-Thr-Leu-Thr构成，具有显著的亲水特性，该结构域是表现冰核活性的最重要部分 冰核蛋白的二级结构是由氢键连接而形成的-折叠片层结构，重复单位具有亲水性,冰核蛋白的存在形式 分布在天然冰核细菌的外膜上 以无细胞冰核的形式自发分泌到培养基中 冰核基因经克隆后，在大肠杆菌中表达，有的结合在内膜上；有的以包含体形式存在,2、影响冰核活性的因素 （1）培养基的种类 NAG培养基、KB培养基适于培养冰核细菌 最利于冰核基因表达的碳源为山梨醇，其次为甘露醇、半乳糖和柠檬酸 当冰核细菌处于稳定期

35、时，N、P、S、Fe的缺乏能诱导高的冰核活性，尤其是低P水平能有效诱导冰核的表达,（2）培养温度 低温诱导能够使冰核细菌产生活性较强的冰核 （3）pH值 冰核细菌生长的pH值范围为5.09.0，最适生长pH值为7.0左右，在pH 24和10以上冰核活性将遭到破坏,（4）生长阶段 在对数生长期后期和稳定期冰核活性最大 （5）其他因素 重金属离子、硫制剂、脲素、巯基试剂、十二烷基磺酸钠（SDS）、蛋白酶、植物外源凝集素等物质和紫外线、钴的照射等物理作用均可对冰核细菌的冰核活性产生破坏作用，而Mn2+、肌醇、丝裂霉素C等能提高冰核活性,3、冰核细菌的安全性与预处理（1）安全性 某些冰核细菌具有不安全的因素（2）预处理 高静压灭菌技术 可以破坏冰核细菌的细胞膜，导致细胞的原生质渗漏而死亡，同时又可以保持冰核活性, 固定化处理 在消除其有害作用的同时保持其冰核活性 处理方法： A、在半透膜中进行固定化，可以避免冰核细菌进入周围的样品中 B、通过微胶囊技术来包埋冰核细菌，并保持其活性,4、在食品工业中的应用（1）在食品冷冻保鲜中的应用 将一定浓度的冰核菌液喷于待冷冻的食品上，可在-5 -2条件下贮藏（2）在食品冷冻浓缩中的应用 将冰核细菌或其活性成分应用在冷冻浓缩中，可以在零下较高温度条件下迅速形成大体积冰晶,